通常在电影和影视剧中被命名为“Q”的角色形象,都是十分出类拔萃的。在007系列电影里,特工Q是一位十分出色的高科技军械师。而在《星际迷航》,Q连续体则近乎是全能的。


IBM的最新量子计算项目“Q”也即将跻身于这精英之列。在未来数年内,IBM计划用超过50个量子比特来打造一台量子计算机,而这很可能会使传统计算机地位不保。


3月6日,IBM正式宣布,将在今年年内推出全球首个商业“通用”量子计算服务,并将之命名为IBM Q。该系统将能够通过互联网访问,但需要收取费用。


IBM重磅宣布全球首个商业用途量子计算云服务超级计算

目前来看,IBM的这一系统并不会超越传统的计算机,至少现在还没有。然而,这家计算巨头表示,该系统将是发展未来量子计算机市场的关键,可以处理传统计算机难以企及的复杂计算。50量子比特的计算机将会比IBM之前的5量子比特计算机系统大上10倍。IBM表示说,它将会加速药品开发以及科学新发现。


IBM的研究人员一直致力于解决由量子位所衍生的一系列问题,而量子计算机将加速他们的解决过程,因为50量子位的量子计算机将会使量子之间的连通性、纠错性更稳定。IBM还参照其验室版TrueNorth处理器开发了一种新型的仿人脑计算机芯片。而在大脑神经元和突触的运作模式仿照人脑设计的NS16e电脑,就应用了TrueNorth处理器。


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此外,IBM还提供了SDK(软件开发工具)和API(应用程序编程接口),这样用普通语言所编写的代码就可以被无缝导出量子计算机了。


量子计算机与传统意义上的PC有本质上的不同,并且可以完全的替代当代的PC及服务器。在传统计算机性能逐渐达到上限、制造更小芯片日益困难的今天,量子计算机为高端数据计算提供了新方式。


制造量子计算机之所以困难,部分在于其系统的高度不稳定性。今天的电脑存储形式为“1”或“0”的比特,而量子比特则可以同时表达不同的状态,如同时有“1”和“0”两个状态。这项技术被称作叠加,并为量子计算机提供了相比传统计算机而言,更大幅度提升运算效率的能力。


实际上,IBM Q建立在IBM云计算服务的专有技术基础之上,即Quantum Experience,而任何人都可以免费访问。该系统在2016年5月上线,并在最近升级了用户界面。


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IBM 的 Quantum Experience 量子云计算平台正是依托一台5量子位的量子计算机进行算法或实验模拟。就目前的水平来讲,Quantum Experience仍然称不上是最为先进的量子计算机,而为了使更多的受众接触并应用到量子云服务,IBM的研究人员还需要克服更多的挑战。


然而,Quantum Experience和IBM Q等开放系统的出现也意味着,世界各地的研究人员都可以来研究解决量子编程所面临的挑战。与常规编程不同,在量子编程的过程中程序员需要理解并适应物理量子位的限制对编程的影响。对此,麻省理工学院物理学家Isaac Chuang表示, “真正的挑战是,你是否可以使你的算法在有瑕疵的硬件上依旧完好的运转。”


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Isaac Chuang


目前,该公司对 IBM Q 什么时候上线仍然守口如瓶,只是表示时间在今年年内。IBM也没有公开回答该系统强大在哪里,相比Quantum Experience会有多少量子位,以及访问成本等系列问题。IBM表示,目前已经有了第一批客户,但并未公布名单,只是表示有数家商业合作伙伴将帮助该系统进行测试,并开发自己的应用程序。


实用型量子计算机之争日趋白热化

在DT君全球合作伙伴《麻省理工科技评论》刚刚公布的十大突破性技术,实用型量子计算机赫然上榜。根据该权威榜单,当前已经取得的技术突破在于已经能够制造出稳定的量子比特。比特是传统计算机中的信息单位,而量子比特是量子计算机的信息单位。


该项突破的重要意义在于,在运行人工智能程序以及处理复杂的模拟和规划问题时,量子计算机的速度可能是传统计算机的指数倍,而量子计算机甚至能制造出无法破解的密码。


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除了IBM,实用量子计算机领域主要的公司包括荷兰量子技术研究所QuTech、英特尔 、谷歌以及微软等。根据该榜单的预计,该项技术的成熟期应该是4年到5年。


不可否认的是,量子比特和量子计算机多年来很大程度上都是在纸上谈兵,存在于论文中,或者在确定其可行的脆弱的实验中。


尽管加拿大公司D-Wave系统几年前就开始出售其所谓的量子计算机,他们的量子计算机使用一种名为“量子退火(quantumannealing)”的专有技术。但怀疑人士指出,这一方法只适合应用于非常有限的计算,而且与传统计算机相比,可能并没有速度上的优势。


但今年,科学家们正在将以前的理论设计变成现实。


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而且,今年的新气象还包括:来自谷歌、IBM、英特尔、微软等公司的资金正源源不断地流入,为建造一台能工作的量子计算机所需要的各种技术提供了强大的资金支持,包括微电子学、复杂电路以及控制软件等的研发,


在应用层面,量子计算机尤其适合对海量的数据进行分解,这让它很容易破解大多数现有的密码技术,并且可能设计出无法被破解的密码。此外,量子计算机还适合用于解决复杂的最优化问题,并执行机器学习算法。


而且,可能还有很多应用我们目前没有想到。不过,很快我们就会知道能利用量子计算机做什么了。


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迄今为止,科学家们已经研制出了能完全编程的5个量子比特的计算机,以及包括10到20个量子比特的测试系统。来自谷歌的研究团队表示,他们正在冲击建造49个量子比特的系统,希望在一年内制造出来。


研制出近50个量子比特的量子计算机这一目标并非科学家们随心所欲制定的,因为约50个量子比特是一个极为关键的门槛。研究者预计,在 50个量子比特级别,量子计算机就能达到“量子霸权”(quantum supremacy)。


所谓“量子霸权”是加州理工学院物理学家John Preskill发明的名词,通俗的解读就是:超级计算机系统目前能完成5到20个量子比特的量子计算机所做的事情,但达到约50个量子比特之后,量子计算机的能力将一骑绝尘,超级计算机只能望“量子”兴叹。


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而且,从现在起2-5年内,这样的系统很有可能开始出售。最终,科学家们有望研制出拥有10万个量子比特的系统。这些系统会制造出精确的分子模型,从而颠覆材料、化学和制药产业,让科学家们研制出各种新材料和新药。


更大胆的预测是,十年之内,科学家们或许就会研制出拥有100万个量子比特的量子计算系统!


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